JP2005011796A - Gasket for fuel cell and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gasket for a fuel cell and its manufacturing method capable of not only keeping a certain space between cells but also improving operability and productivity in fastening of a stack by securing sealing capability by means of the impact resilience of a rubber portion and using a rigid plate as a spacer. <P>SOLUTION: The method comprises the steps of: pulverizing two types of rubber having different hardnesses into first and second rubber powders of specific size; mixing the pulverized rubber powders with a liquid rubber; spraying the rubber powder onto the surface of the rigid plate to a specific thickness by a spray method; vulcanizing the rigid plate treated with a coating material; and shearing the rigid plate. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、二種以上の各々異なる硬度を有するゴム粉末を液状ゴムと共にリジッド（ｒｉｇｉｄ）プレートにスプレーコーティング方式で適用することにより、ガスケットのシーリング性、作業性及び生産性を向上することができる、燃料電池用ガスケット及びその製造方法に関するものである。   The present invention can improve the sealing performance, workability and productivity of a gasket by applying two or more kinds of rubber powders having different hardnesses together with liquid rubber to a rigid plate by a spray coating method. The present invention relates to a fuel cell gasket and a method for manufacturing the same.

一般に、燃料電池は、燃料から抽出された水素と空気中の酸素との化学反応エネルギーを電気エネルギーに変換させて清浄に電力を生成する装置であって、バッテリ（Ｂａｔｔｅｒｙ）と異なる点は、再充電が必要なく、燃料が供給される限り、持続的に電気を生産することができる発電装置である。   In general, a fuel cell is a device that generates chemical power by converting chemical reaction energy between hydrogen extracted from fuel and oxygen in the air into electric energy, and is different from a battery (Battery). It is a power generator that can produce electricity continuously as long as fuel is supplied without charging.

従って、燃料電池は、環境対応の動力源として、あらゆる産業界で、現在の内燃機関を代替する次世代動力源として注目を浴びている。
その中で、高分子電解質燃料電池（ＰＥＭＦＣ， Ｐｒｏｔｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）は、水素イオン交換特性を有する高分子膜を電解質として使用する燃料電池であって、固体高分子電解質燃料電池（ＳＰＥＦＣ， Ｓｏｌｉｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌｓ）、水素イオン交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ， Ｐｒｏｔｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌｓ）などの様々な呼称がある。 Therefore, fuel cells are attracting attention as a next-generation power source that replaces the current internal combustion engine in all industries as a power source for the environment.
Among them, a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell) is a fuel cell that uses a polymer membrane having hydrogen ion exchange characteristics as an electrolyte, and is a solid polymer electrolyte fuel cell (SPEFC, Solid). There are various names such as Polymer Electrolyte Fuel Cells) and hydrogen ion exchange membrane fuel cells (PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cells).

高分子電解質燃料電池は、他の形態の燃料電池に比べ、作動温度が８０℃程度と低い、効率が高い、電流密度及び出力密度が大きい、始動時間が短い、また負荷変化による応答が速い、という特性がある。
特に、電解質として高分子膜を使用するため、腐食及び電解質調節が不要で、反応気体の圧力変化にもあまり敏感ではない。
また、デザインが簡単で製作が容易であり、さらに多様な範囲の出力を出すことができるため、高分子電解質燃料電池は、無公害車両の動力源、現地設置形発電、移動用電源、軍事用電源など、非常に多様な分野に応用することができる。、現在全世界の自動車業界で活発な研究が進行中である。 The polymer electrolyte fuel cell has a low operating temperature of about 80 ° C., a high efficiency, a large current density and a high power density, a short start-up time, and a quick response due to a load change, as compared with other types of fuel cells. There is a characteristic.
In particular, since a polymer membrane is used as the electrolyte, corrosion and electrolyte adjustment are not required, and it is not very sensitive to changes in the pressure of the reaction gas.
In addition, because it is simple in design and easy to manufacture, and can produce a wide range of outputs, polymer electrolyte fuel cells are used as power sources for pollution-free vehicles, on-site power generation, mobile power supplies, military power supplies. It can be applied to a wide variety of fields such as power supplies. Currently, active research is underway in the global automotive industry.

以下、高分子電解質燃料電池の電力発生原理を説明する。
水素が陰極（ａｎｏｄｅ）側に流れると、触媒層で水素が電子と水素イオン（Ｐｒｏｔｏｎ）とに分解する。陽極（ｃａｔｈｏｄｅ）では電子と酸素から酸素イオンが発生し、水素イオンが燃料電池の中心に位置した高分子電解質膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）を通じて移動すると、水素イオンと結合して水が生成する。
陰極で発生した電子は、電解質膜を通じて移動できずに外部回路を通じて陽極に移動する。このような過程を経て電気と水が生成する。 Hereinafter, the power generation principle of the polymer electrolyte fuel cell will be described.
When hydrogen flows to the anode side, hydrogen is decomposed into electrons and hydrogen ions (Proton) in the catalyst layer. In the anode, oxygen ions are generated from electrons and oxygen, and when hydrogen ions move through the polymer electrolyte membrane located at the center of the fuel cell, they combine with the hydrogen ions to produce water.
Electrons generated at the cathode cannot move through the electrolyte membrane but move to the anode through an external circuit. Through this process, electricity and water are generated.

図４に示すように、高分子電解質燃料電池は、分離板（ｓｅｐａｒａｔｏｒ）１００、気体拡散膜（Ｇａｓ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｍｅｄｉａ）１０２、電極（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ；図示せず）、電解質膜（Ｍｅｍｂｒａｎｅ；図示せず）、ガスケット１０４、から構成される。
分離板（ｓｅｐａｒａｔｏｒ）１００は、外部から供給する燃料ガス（水素、酸素）を電極へ効果的に導入するよう流路を形成し、発生した電子を外部電気回路に移動させる役割をする。
気体拡散膜（Ｇａｓ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｍｅｄｉａ）１０２は、導入した燃料ガスが電極膜１０１に均一に分散するようにして、電気化学反応により生成した生成水を効果的に排出する役割をする。 As shown in FIG. 4, the polymer electrolyte fuel cell includes a separator 100, a gas diffusion membrane 102, an electrode (not shown), an electrolyte membrane (not shown), The gasket 104 is configured.
The separator 100 forms a channel so as to effectively introduce fuel gas (hydrogen, oxygen) supplied from the outside to the electrode, and serves to move the generated electrons to an external electric circuit.
The gas diffusion membrane 102 serves to effectively discharge the generated water generated by the electrochemical reaction so that the introduced fuel gas is uniformly dispersed in the electrode membrane 101.

電極（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ；図示せず）は、燃料ガスの電気化学反応を起こす触媒層を担持する。
電解質膜（Ｍｅｍｂｒａｎｅ；図示せず）は、水素イオンの移動媒体となり、燃料ガスがクロス‐オーバー（ｃｒｏｓｓ−ｏｖｅｒ）されることを防止し、電気的にショートサーキット（ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ）が発生することを防止する。
ガスケット１０４は、燃料電池セル（Ｃｅｌｌ）を外部から保護し、セル内部の燃料ガス及びその他の有害物質が外部に流出することを防止する。 Electrode (not shown) carries a catalyst layer that causes an electrochemical reaction of fuel gas.
The electrolyte membrane (Membrane; not shown) serves as a hydrogen ion transfer medium, prevents the fuel gas from being cross-overed, and generates an electrical short circuit. To prevent.
The gasket 104 protects the fuel cell (Cell) from the outside, and prevents the fuel gas and other harmful substances inside the cell from flowing out.

ここで、未説明符号１０３は締結ボルトを示し、１０５は締結終端板を示す。
高分子電解質燃料電池は、単位セル内で燃料ガスの電気化学的反応により電力を発生させる装置であり、外部環境と断絶して異物の流入を防止するとともに、燃料ガスの水素が外部に流出することを防止するために確実なシーリング（Ｓｅａｌｉｎｇ）が必要である。
また、燃料電池用ガスケット１０４は、分離板１００と電極膜１０１との間のギャップを一定に保持し、分離板上に流入する燃料ガスが均一に分配されるようにして、反応生成物の除去を容易にし、特に、気体拡散膜１０２と分離板１００との電気的接触を一定に保持し、電気化学反応により生成された電子の流れを円滑にする役割を有す。 Here, the unexplained code | symbol 103 shows a fastening bolt and 105 shows a fastening termination | terminus plate.
A polymer electrolyte fuel cell is a device that generates electric power by an electrochemical reaction of fuel gas in a unit cell. The polymer electrolyte fuel cell is disconnected from the external environment to prevent inflow of foreign matter, and hydrogen of the fuel gas flows out to the outside. In order to prevent this, reliable sealing is necessary.
Further, the fuel cell gasket 104 keeps the gap between the separation plate 100 and the electrode film 101 constant so that the fuel gas flowing on the separation plate is uniformly distributed, thereby removing reaction products. In particular, the electrical contact between the gas diffusion membrane 102 and the separation plate 100 is kept constant, and the flow of electrons generated by the electrochemical reaction is made smooth.

高分子電解質燃料電池用ガスケットに要求される性能は、ＰＨ１〜２程度の酸性（Ａｃｉｄｉｃ）条件下でも物性が低下しないこと、材質内から低分子量、添加剤及びその他のイオンなどが溶出して燃料電池の電気化学的反応を妨害しないこと、使用可能温度範囲が−４０℃〜１２０℃と広いこと、である。
さらに、優れた耐久性能で長期間ギャップを常に一定に保持し、燃料電池の性能低下を防止する必要がある。 The performance required for gaskets for polymer electrolyte fuel cells is that the physical properties do not deteriorate even under acidic conditions of about PH1 to 2, and low molecular weight, additives and other ions are eluted from the material and fuel. They do not interfere with the electrochemical reaction of the battery, and the usable temperature range is as wide as −40 ° C. to 120 ° C.
Furthermore, it is necessary to keep the gap constant for a long period of time with excellent durability performance, and to prevent deterioration of the performance of the fuel cell.

従来の高分子電解質燃料電池用ガスケットは、固体形（Ｓｏｌｉｄ）ガスケットと液状形（Ｌｉｑｕｉｄ）ガスケットとに大きく２つに分けられる。
固体形ガスケットは、フッ素及びシリコン系のゴムを圧縮成形した後、分離板上に接着して適用され、液状形ガスケットは、分離板上または電極膜上に塗布して硬化した後、燃料電池に適用される形態であって、固体形ガスケットに比べ、生産工程が簡便で原価節減の効果があって、その適用が拡大傾向にある。
従来の固体形ガスケットの場合は、金型に一定厚さのゴムガスケットを製作した後脱去して、燃料電池分離板に付着する方式を適用している。 Conventional gaskets for polymer electrolyte fuel cells are roughly divided into two types: solid gaskets and liquid gaskets.
Solid-type gaskets are applied by compressing and molding fluorine and silicon rubber and then adhered to the separator plate. Liquid-type gaskets are applied to the separator plate or electrode film and cured, and then applied to the fuel cell. Compared to solid-type gaskets, the production process is simple and the cost saving effect is achieved, and its application is on an expanding trend.
In the case of a conventional solid type gasket, a method is adopted in which a rubber gasket having a certain thickness is manufactured on a mold and then removed and attached to a fuel cell separator.

このような固体形ガスケットとしては、例えば、日本特表平９−５０７８０２号に開示された剛性のフルオロポリマー（ｆｌｕｏｒｏｐｏｌｙｍｅｒｓ）層に軟性のポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）層を結合した複合材料や、韓国登録実用新案第２２９０７４号公報に開示された多孔性炭素板が挿入された密封材と結合力向上のために密封材表面に結合用突起を形成したもの、が挙げられる。
しかし、このような方式は、金型によるゴム製品製作時、公差０．０１１ｍｍ以下の精度確保が難しいため、厚さ０．５ｍｍ以下のゴムガスケット製作時、板厚誤差の影響が大きくなって、均一なシーリング性を得ることが難しい。 As such a solid gasket, for example, a composite material in which a flexible polytetrafluoroethylene layer is bonded to a rigid fluoropolymer layer disclosed in Japanese Patent Publication No. 9-507802, Korea, Examples include a sealing material in which a porous carbon plate is inserted and a bonding protrusion formed on the surface of the sealing material to improve the binding force disclosed in the registered utility model No. 229074.
However, in such a system, it is difficult to ensure the accuracy of tolerance 0.011 mm or less when manufacturing rubber products with a mold, so when manufacturing a rubber gasket with a thickness of 0.5 mm or less, the influence of plate thickness error becomes large. It is difficult to obtain uniform sealing properties.

また、金型から製作されたガスケットを取り外す工程、即ち、離型が難しいため、ショア硬度Ａ ５０（ＨＳ）以下のソフト（ｓｏｆｔ）なガスケットの製作が難しく、燃料電池構造に適合したガスケット硬度の最適化が不可能である。
従って、固体形ガスケットの場合、硬すぎるため、締結時ソフトな分離板の変形を招き、締結圧力を高く維持するため、燃料電池スタッキング（ｓｔａｃｋｉｎｇ）の際、締結器具が大きくなり、燃料電池の出力密度が減少する。
また、シーリング性を向上させるために多様な形態の構造がガスケットの接触部位に導入されているが、このような場合、上下板ガスケットの配列にずれが発生し、燃料電池セルを数十ないし数百枚積層する際、各セル毎にシーリング性の差が発生してしまい、信頼性のある性能を得ることが難しい。 Also, the process of removing the gasket manufactured from the mold, that is, the mold release is difficult, so it is difficult to manufacture a soft gasket having a Shore hardness A 50 (HS) or less, and the gasket hardness suitable for the fuel cell structure is obtained. Optimization is not possible.
Therefore, since the solid gasket is too hard, it causes deformation of the soft separation plate at the time of fastening and maintains a high fastening pressure, so that the fastening device becomes large when stacking the fuel cell, and the output of the fuel cell Density decreases.
In addition, in order to improve sealing properties, various forms of structures have been introduced at the contact portion of the gasket. In such a case, the arrangement of the upper and lower plate gaskets is shifted, and the fuel cell is divided into several tens to several. When stacking hundred sheets, a difference in sealing property occurs for each cell, and it is difficult to obtain reliable performance.

液状形ガスケットとしては、例えば、日本特開２０００−１２０５４号公報に開示された１０５ポアズ（ｐｏｉｓｅｓ）以下の粘度を有する液状のパーフルオロ（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ）ゴムにＰＴＦＥ微粉末を添加し混合した液状の物質を利用したものが挙げられる。
液状形ガスケットとしては、ＦＩＰＧ（Ｆｏｒｍｅｄ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ−ｇａｓｋｅｔ）の形態がよく適用される。分離板上に直接塗布した後、締結工程が簡単で工程単純化及び生産性は優秀であるが、下板の分離板に塗布した後、硬化されていない状態で気体拡散膜、電極膜などを積層する方式であるため、積層時格別の注意が要求されると共に、セル間隙を一定に保持することが難しく、また単位電池の形態として硬化がなされるため、高温硬化時、イオン交換膜の性能を低下させる問題点がある。
特開２０００−０１２０５４号公報 As a liquid type gasket, for example, a liquid perfluoro rubber having a viscosity of 10 5 poise or less disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-12054 is added and mixed with a fine PTFE powder. The thing using a substance is mentioned.
As the liquid gasket, a form of FIPG (Formed-in-place-gasket) is often applied. After applying directly on the separator plate, the fastening process is simple and the process simplification and productivity are excellent, but after applying to the separator plate on the lower plate, the gas diffusion film, electrode film, etc. are not cured. Because of the lamination method, special attention is required at the time of lamination, it is difficult to keep the cell gap constant, and since it is cured as a unit cell form, the performance of the ion exchange membrane at high temperature curing There is a problem of lowering.
JP 2000-012054 A

本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであって、二種以上の各々異なる硬度を有するゴム粉末を液状ゴムと共にリジッドプレートにスプレーコーティング方式で適用することにより、ゴム部分の反発弾性によってシーリング性を確保することができると共に、リジッドプレートをスペーサーとして活用し、セル間隙を一定に保持することができるだけではなく、スタック締結時の作業性及び生産性を向上することができる燃料電池用ガスケット及びその製造方法を提供することにその目的がある。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and by applying two or more kinds of rubber powders having different hardnesses together with liquid rubber to a rigid plate by a spray coating method, the rubber Sealing performance can be secured by the rebound resilience of the part, and the rigid plate can be used as a spacer to not only keep the cell gap constant, but also improve workability and productivity when stacking. An object of the present invention is to provide a fuel cell gasket and a method for manufacturing the same.

本発明は、各々異なる硬度を有する二種のゴムを一定の大きさの第１、第２のゴム粉末に粉砕する段階；前記粉砕したゴム粉末を液状ゴムと共に混合する段階；
コンテナを通じて移動されるリジッドプレートの表面に一定の厚さで前記ゴム粉末をスプレー方式により噴射する段階；ゴム粉末がコーティング処理されたリジッドプレートを加硫する段階；及びゴム粉末の加硫されたリジッドプレートを剪断する段階からなることを特徴とする。 The present invention includes a step of pulverizing two types of rubber each having different hardness into first and second rubber powders of a certain size; a step of mixing the pulverized rubber powder with a liquid rubber;
Spraying the rubber powder with a constant thickness onto the surface of the rigid plate moved through the container; vulcanizing the rigid plate coated with the rubber powder; and vulcanized rigid of the rubber powder It is characterized by comprising shearing the plate.

第１のゴム粉末は、ショア硬度Ａ ２５〜５０の材質で０．１５〜０．３ｍｍの直径を有し、第２のゴム粉末は、ショア硬度Ａ ６０〜８０の材質で０．１〜０．１５ｍｍの直径を有することを特徴とする。   The first rubber powder is a material having a Shore hardness A of 25 to 50 and a diameter of 0.15 to 0.3 mm, and the second rubber powder is a material having a Shore hardness A of 60 to 80 and 0.1 to 0 .. Characterized by having a diameter of 15 mm.

リジッドプレートは、ガラス転移温度Ｔｇが１２０〜１５０℃であり、溶融温度Ｔｍが２００〜２５０℃である繊維からなるファブリック系統またはプラスチックフィルムまたはメタルプレートが０．２〜０．３ｍｍの厚さで適用されることを特徴とする。   Rigid plate is applied with fabric thickness or plastic film or metal plate made of fiber with glass transition temperature Tg of 120-150 ° C and melting temperature Tm of 200-250 ° C with thickness of 0.2-0.3mm It is characterized by being.

第１のゴム粉末と第２のゴム粉末とは、６〜７：４〜３の嵩比で混合されることを特徴とする。   The first rubber powder and the second rubber powder are mixed at a bulk ratio of 6-7: 4-3.

前記液状ゴムは、粘度１，０００，０００〜３，０００，０００ｃｐの材質であって、前記リジッドプレートに０．０５〜０．１ｍｍの厚さで塗布されることを特徴とする。   The liquid rubber is made of a material having a viscosity of 1,000,000 to 3,000,000 cp, and is applied to the rigid plate with a thickness of 0.05 to 0.1 mm.

前記第２のゴム粉末は、ショア硬度Ｄ ３０〜６０ＨＳの材質を有するプラスチック粉末であることを特徴とする。   The second rubber powder is a plastic powder having a material with a Shore hardness D of 30 to 60 HS.

燃料電池用ガスケットにおいて、
リジッドプレート表面に、各々異なる硬度と直径を有する第１のゴム粉末及び第２のゴム粉末と液状ゴムの混合物とがコーティング処理及び加硫処理されている構造からなることを特徴とする。 In fuel cell gaskets,
The rigid plate surface has a structure in which a first rubber powder and a mixture of a second rubber powder and a liquid rubber each having different hardness and diameter are coated and vulcanized.

本発明による燃料電池用ガスケットは、二種以上の各々異なる硬度を有するゴム粉末を液状ゴムと共にリジッドプレートにスプレーコーティング方式で適用した技術であって、次のような効果がある。
常に一定なセル間隙を保持することにより、セル別性能の偏差が発生しないため、燃料電池の各セル毎に信頼性のある性能を確保することができる。
締結力の低減が可能であるため、締結器具の軽薄簡素化が可能である。
硬度の調節が容易であるため、燃料電池の構成部品の設計自由度も高い。
ソフトな材質が、スタック圧縮締結の時、フィルムのような形態に変形されて広がるため、分離板及びその他の圧縮対象部品の表面扁平度要求値を下げることができる。
廃ゴム類及び非金属類が適用可能であるため、産業廃棄部品を再活用することができて、多様な形態の材質が適用可能であるため、製品の生産単価を節減することができる。
連続製作工程が可能であるため、生産性が優秀で、製品別偏差がほとんど発生しない。
リジッドプレートがガスケットの形状を維持させるため、スタック締結時、作業性が優秀である。
リジッドプレートがスペーサーの役割をするため、使用期間に係わらず常にセル間隙を一定に保持することのできる、優れた耐久性能の確保が可能である。 The fuel cell gasket according to the present invention is a technology in which two or more kinds of rubber powders having different hardnesses are applied to a rigid plate together with a liquid rubber by a spray coating method, and has the following effects.
By always maintaining a constant cell gap, there is no deviation in the performance of each cell, so that reliable performance can be ensured for each cell of the fuel cell.
Since the fastening force can be reduced, it is possible to simplify the fastening device lightly and thinly.
Since the adjustment of the hardness is easy, the degree of freedom in designing the fuel cell components is also high.
Since the soft material is deformed and spreads into a film-like shape at the time of stack compression fastening, the required surface flatness value of the separation plate and other parts to be compressed can be lowered.
Since waste rubbers and non-metals can be applied, industrial waste parts can be reused, and various forms of materials can be applied, so that the production cost of the product can be reduced.
Since a continuous manufacturing process is possible, productivity is excellent, and there is almost no product-specific deviation.
Since the rigid plate maintains the shape of the gasket, workability is excellent when stacking.
Since the rigid plate serves as a spacer, it is possible to ensure excellent durability performance that can always keep the cell gap constant regardless of the period of use.

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明による燃料電池用ガスケットの構造を示した図である。
本発明による燃料電池用ガスケットは、図１に示すように、リジッドプレート２上にゴムを適用させる、一種の混合形態のガスケット（Ｇａｓｋｅｔ）６であって、二種以上の各々異なる硬度を有するゴム粉末３、４を液状ゴム５と共にスプレー（ｓｐｒａｙ）方式でリジッドプレート（Ｒｉｇｉｄ Ｐｌａｔｅ）２に噴射した後、硬化して燃料電池に適用する技術である。 FIG. 1 is a view showing the structure of a gasket for a fuel cell according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the fuel cell gasket according to the present invention is a kind of mixed gasket 6 in which rubber is applied on a rigid plate 2, and two or more kinds of rubbers having different hardnesses. In this technique, the powders 3 and 4 are sprayed onto the rigid plate 2 together with the liquid rubber 5 by a spray method and then cured and applied to the fuel cell.

リジッドプレート２は、一種のセル間隙を保持させるスペーサー（Ｓｐａｃｅｒ）の役割をすることにより、燃料電池スタック（Ｓｔａｃｋ）の各セルの間隙を一定に保持し、各セル当りの性能偏差を減少すると共に、長期間使用しても常に一定の間隙を保持し、燃料電池スタックの寿命を向上させて、さらに、多様な材質のゴム粉末の適用により締結力を最低にしてシーリング性を極大化する、即ち、締結力対シーリング性の最適化を可能にした。   The rigid plate 2 acts as a spacer that holds a kind of cell gap, so that the gap between each cell of the fuel cell stack (Stack) is kept constant, and the performance deviation per cell is reduced. Even when used for a long period of time, a constant gap is always maintained, the life of the fuel cell stack is improved, and the sealing force is minimized by applying rubber powders of various materials, that is, maximizing the sealing performance. This makes it possible to optimize the fastening force versus sealing performance.

従来のガスケットは、ガスケットが軟質で腰が弱いため、下方に垂れて作業性が悪く、ガスケット自体の形状維持性が劣るため、多量の接着剤をガスケットに塗布した後分離板７に接着して、一定形状を維持するようにしていた。
このため、作業性が悪く、また過剰な接着剤が電気化学反応の副反応を起こすことが頻発して性能低下を引き起こす問題があった。 The conventional gasket is soft and weak, so it hangs down and has poor workability, and the shape of the gasket itself is poorly maintained. After applying a large amount of adhesive to the gasket, it adheres to the separation plate 7. To maintain a certain shape.
For this reason, workability is poor, and excessive adhesives frequently cause side reactions of electrochemical reactions, causing problems of performance degradation.

本発明では、ガスケット６のリジッドプレート２部分がガスケット６の形状を保持することにより、スタック締結の際、接着剤が必要なく簡単に適用できるため、従来のガスケットの問題点を解決することができる。   In the present invention, since the rigid plate 2 portion of the gasket 6 maintains the shape of the gasket 6, it can be easily applied without the need of an adhesive when fastening the stack, so that the problems of the conventional gasket can be solved. .

以下、リジッドプレート２及びこれにスプレー方式で塗布されるゴム粉末３、４についてさらに詳細に説明する。
リジッドプレート２としては、ガラス転移温度（Ｔｇ， Ｇｌａｓｓ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）が１２０〜１５０℃で、溶融温度（Ｔｍ， Ｍｅｌｔｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）が２００〜２５０℃の繊維からなるファブリック系統またはプラスチックフィルムまたはメタルプレートが使用可能であって、リジッドプレート２の厚さは、０．２〜０．３ｍｍが好ましい。 Hereinafter, the rigid plate 2 and the rubber powders 3 and 4 applied to the rigid plate 2 by a spray method will be described in more detail.
As the rigid plate 2, a fabric system or plastic film or metal plate made of fibers having a glass transition temperature (Tg) of 120 to 150 ° C. and a melting temperature (Tm, Melting Temperature) of 200 to 250 ° C. is used. The thickness of the rigid plate 2 is preferably 0.2 to 0.3 mm.

リジッドプレート２の厚さが０．２ｍｍ未満の場合は、その本来の役割を果たすことができず、即ち、充分硬い性質を有することができず、リジッドプレート２の厚さが０．３ｍｍを超過する場合は、このリジッドプレート２上に塗布されるゴム粉末３、４の量が減らされ最適のシーリング性を得ることができず、また燃料電池セルの積層時、高荷重で積層しなければならないという問題点がある。   When the thickness of the rigid plate 2 is less than 0.2 mm, it cannot play its original role, that is, it cannot have a sufficiently hard property, and the thickness of the rigid plate 2 exceeds 0.3 mm. In this case, the amount of the rubber powders 3 and 4 applied on the rigid plate 2 is reduced, so that the optimum sealing property cannot be obtained, and the fuel cells need to be laminated at a high load. There is a problem.

ガスケット６にシーリング性を付与するために、ゴム粉末３、４をリジッドプレート２の外部にスプレー方式で噴射すると、ゴム粉末３、４は、リジッドプレート２上に強く接着されるが、スタック締結時、ゴム粉末３、４の離脱を防止するため、本発明では、ゴム粉末３、４と同じ材質の液状ゴム５を溶媒として使用し、接着性を向上させた。   When the rubber powders 3 and 4 are sprayed to the outside of the rigid plate 2 in order to impart sealing properties to the gasket 6, the rubber powders 3 and 4 are strongly bonded onto the rigid plate 2. In order to prevent the rubber powders 3 and 4 from coming off, in the present invention, the liquid rubber 5 made of the same material as the rubber powders 3 and 4 is used as a solvent to improve the adhesion.

一方、スプレー工程で吐出性が劣る場合は、噴射位置別の吐出量及び成分にバラツキが発生し、均一な性能が得られない。
即ち、吐出性は、液状ゴム５の粘度により左右されるため、本発明では、粘度（ｃｐ、ｃｅｎｔｉｐｏｉｓｅｓ）が１，０００，０００〜３，０００，０００である液状ゴム５を使用した。
液状ゴム５の粘度が１，０００，０００ｃｐより低い場合は、射出及び吐出性はよくなるが、物性が劣る問題点があり、液状ゴム５の粘度が３，０００，０００ｃｐより高い場合は、物性はよくなるが、射出及び吐出性が低下する問題点がある。 On the other hand, when the discharge performance is inferior in the spraying process, variations occur in the discharge amount and components for each injection position, and uniform performance cannot be obtained.
That is, since the dischargeability depends on the viscosity of the liquid rubber 5, the liquid rubber 5 having a viscosity (cp, centipoise) of 1,000,000 to 3,000,000 is used in the present invention.
When the viscosity of the liquid rubber 5 is lower than 1,000,000 cp, the injection and discharge properties are improved, but there is a problem that the physical properties are inferior. When the viscosity of the liquid rubber 5 is higher than 3,000,000 cp, the physical properties are Although it is improved, there is a problem that injection and discharge properties are lowered.

液状ゴム５は、加硫（Ｖｕｌｃａｎｉｚａｔｉｏｎ）後のショア硬度Ａ４５〜５０（ＨＳ）として、弾性が保持できるようにした。
液状ゴム５の加硫後の硬度がショア硬度Ａ ４５（ＨＳ）未満である場合は、ゴム粉末３、４の形状を維持することができず、ショア硬度Ａ ５０（ＨＳ）を超える場合は、硬すぎて強い締結力が必要となり、分離板７の撓みが発生するだけでなく、締結器具が重くなり、スタック重量及び嵩当りの電流、即ち、電流密度の低下を招くことになる。 The liquid rubber 5 was made to be able to maintain elasticity as a shore hardness A45 to 50 (HS) after vulcanization (Vulcanization).
When the hardness after vulcanization of the liquid rubber 5 is less than the Shore hardness A 45 (HS), the shape of the rubber powders 3 and 4 cannot be maintained, and when the hardness exceeds the Shore hardness A 50 (HS), It is too hard and requires a strong fastening force, which not only causes the separation plate 7 to bend, but also makes the fastening device heavy, leading to a reduction in stack weight and current per bulk, ie, current density.

液状ゴム５の塗布厚さは、０．０５〜０．１ｍｍが好ましい。
液状ゴム５の塗布厚さが０．０５ｍｍ未満の場合は、ゴム粉末３、４が外に脱去される問題が発生し、液状ゴム５の塗布厚さが０．１ｍｍを超える場合は、ゴム粉末３、４によるシーリング性より液状ゴム５によるシーリングの影響が大きくなり、本発明の意図する締結力対シーリング性の最適化を計ることができない。 The coating thickness of the liquid rubber 5 is preferably 0.05 to 0.1 mm.
When the coating thickness of the liquid rubber 5 is less than 0.05 mm, there is a problem that the rubber powders 3 and 4 are removed. When the coating thickness of the liquid rubber 5 exceeds 0.1 mm, the rubber The effect of sealing by the liquid rubber 5 is greater than the sealing properties by the powders 3 and 4, and the optimization of the fastening force versus sealing property intended by the present invention cannot be measured.

表１は、本発明に使用された液状ゴム５の物性を示したものである。

Figure 2005011796
Table 1 shows the physical properties of the liquid rubber 5 used in the present invention.
Figure 2005011796

本発明では、スタック締結時、締結圧力を低減するためにソフト（Ｓｏｆｔ）な材質の第１のゴム粉末３を使用したが、第１のゴム粉末３は、所定の大きさの形態に圧縮する時、変位量を大きくすると共に、ガスケット６と分離板７との隙間全体に広がってシーリング性を高めるため、特に、分離板７の表面荒さに対応可能で、これによる分離板７の扁平度要求値を下げることができる。
しかし、第１のゴム粉末３が軟らかすぎる場合は、分離板７に対する反発弾性が劣り、分離板７とガスケット６との間に漏出が発生する恐れがあるため、本発明では、硬い材質の第２のゴム粉末４をソフトな材質の第１のゴム粉末３と共に使用して、ガスケット６に要求される反発弾性が調節できるようにした。 In the present invention, the first rubber powder 3 made of a soft material is used to reduce the fastening pressure when the stack is fastened. However, the first rubber powder 3 is compressed into a form having a predetermined size. In order to increase the amount of displacement and spread over the entire gap between the gasket 6 and the separation plate 7 to improve the sealing performance, it is possible to cope with the surface roughness of the separation plate 7 in particular, and thus the flatness requirement of the separation plate 7 The value can be lowered.
However, when the first rubber powder 3 is too soft, the rebound resilience with respect to the separation plate 7 is inferior, and there is a risk of leakage between the separation plate 7 and the gasket 6. The rubber powder 4 of No. 2 was used together with the first rubber powder 3 of a soft material so that the resilience required for the gasket 6 could be adjusted.

即ち、本発明では、分離板７上で反発弾性が要求される部分には硬い材質の第２のゴム粉末４を用いて調節可能とし、分離板７とガスケット６との隙間部分は、ソフトな第１のゴム粉末３の変形性及び広がり性を用いて調節できるようにした。
ソフトな第１のゴム粉末３は、ショア硬度Ａ ２５〜５０（ＨＳ）の低硬度材質で、その直径は０．１５〜０．３ｍｍとしてスタック圧縮締結時、変形し易いようにした。
特に、第１のゴム粉末３の材質としては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が室温（ＲＴ， Ｒｏｏｍ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）以下であるエラストマー（Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ、天然ゴム／合成ゴム）が好ましい。 In other words, in the present invention, the portion of the separation plate 7 that requires rebound resilience can be adjusted using the hard rubber second rubber powder 4, and the gap between the separation plate 7 and the gasket 6 is soft. The first rubber powder 3 can be adjusted using the deformability and spreadability.
The soft first rubber powder 3 is made of a low hardness material having a Shore hardness A of 25 to 50 (HS) and has a diameter of 0.15 to 0.3 mm so as to be easily deformed during stack compression fastening.
In particular, the material of the first rubber powder 3 is preferably an elastomer (Elastomer, natural rubber / synthetic rubber) having a glass transition temperature (Tg) equal to or lower than room temperature (RT, Room Temperature).

第２のゴム粉末４の材質としては、ショア硬度Ａ ６０〜８０（ＨＳ）のエラストマーまたはショア硬度Ｄ ３０〜６０（ＨＳ）のプラスチック（Ｐｌａｓｔｉｃ）のいずれも適用可能であり、第２のゴム粉末４の直径は０．１〜０．１５ｍｍが好ましい。   As a material of the second rubber powder 4, either an elastomer having a Shore hardness A 60 to 80 (HS) or a plastic having a Shore hardness D 30 to 60 (HS) can be applied, and the second rubber powder 4 The diameter of 4 is preferably 0.1 to 0.15 mm.

スタック圧縮締結時は、大きくてソフトな材質の第１のゴム粉末３が先に変形してフィルムとしてガスケット６上に広がり、ある程度以上圧縮すると、硬い材質の第２のゴム粉末４が圧縮される分離板７に対して一定値以上の弾性を発揮することにより、非常に優れたシーリング性が得られる。
特に、本発明では、第１のゴム粉末３と第２のゴム粉末４との嵩比を６〜７：４〜３として、最適のシーリング性が得られるようにした。
また、前述の内容では、本発明が単に二種の異なる材質のゴム粉末３、４を利用するとしているが、本発明は、二種以上の異なる材質を粉末形態として適用することが可能である。
また、本発明に使用されるゴム粉末３、４は、廃棄処理されるゴム及びその他の非金属類を粉砕して使用することができるため、これにより製品の生産原価を大幅に減らすことができる。 At the time of stack compression fastening, the first rubber powder 3 made of a large and soft material is deformed first and spreads as a film on the gasket 6, and when compressed to a certain extent, the second rubber powder 4 made of a hard material is compressed. By exhibiting elasticity of a certain value or more with respect to the separation plate 7, a very excellent sealing property can be obtained.
In particular, in the present invention, the optimal sealing property is obtained by setting the bulk ratio of the first rubber powder 3 and the second rubber powder 4 to 6-7: 4-3.
Further, in the above description, the present invention simply uses the rubber powders 3 and 4 of two different materials, but the present invention can apply two or more different materials as powder forms. .
In addition, since the rubber powders 3 and 4 used in the present invention can be used by pulverizing rubber and other non-metals to be disposed of, the production cost of the product can be greatly reduced. .

一方、本発明による燃料電池用ガスケットの製造方法は、図２に示すように、各々異なる硬度を有するゴムを一定の大きさのゴム粉末３、４に粉砕する段階、ゴム粉末３、４を液状ゴム５と共に混合する段階、コンテナを通じて移動されるリジッドプレート２にゴム粉末３、４をスプレー方式により噴射する段階、リジッドプレート２に噴射されたゴム粉末３、４をオーブン２３で加硫する段階、及びゴム粉末３、４の加硫されたリジッドプレート２を一定大きさのガスケット６に剪断する段階からなっている。   On the other hand, as shown in FIG. 2, the method for manufacturing a gasket for a fuel cell according to the present invention comprises a step of pulverizing rubbers having different hardnesses into rubber powders 3 and 4 having a certain size, A step of mixing with the rubber 5, a step of spraying the rubber powders 3 and 4 on the rigid plate 2 moved through the container, a step of vulcanizing the rubber powders 3 and 4 sprayed on the rigid plate 2 in the oven 23, And a step of shearing the vulcanized rigid plate 2 of the rubber powders 3 and 4 into a gasket 6 having a predetermined size.

これを図３を参照してさらに詳細に説明すると、二種のゴム粉末３、４を、即ち、ショア硬度Ａ ２５〜５０（ＨＳ）のゴムと、ショア硬度Ａ ６０〜８０（ＨＳ）のエラストマーまたはショア硬度Ｄ ３０〜６０（ＨＳ）のプラスチック（Ｐｌａｓｔｉｃ）とを、各々粉砕機（図示せず）を通して、低硬度のゴムは直径０．１５〜０．３ｍｍの粉末に、他のゴムまたはプラスチックは直径０．１〜０．１５ｍｍの粉末に粉砕して、これを液状ゴム５と共に混合器２０で混合する。   This will be described in more detail with reference to FIG. 3. Two types of rubber powders 3, 4 are used, namely, rubber having a shore hardness A of 25 to 50 (HS) and elastomer having a shore hardness of A 60 to 80 (HS). Or, a plastic (Plastic) having a shore hardness of D 30 to 60 (HS) is passed through a pulverizer (not shown), and the low hardness rubber is converted to a powder having a diameter of 0.15 to 0.3 mm. Is pulverized into a powder having a diameter of 0.1 to 0.15 mm and mixed with the liquid rubber 5 by the mixer 20.

このように混合されたゴム粉末３、４及び液状ゴム５を、スプレー装置２１のスプレーガン（ｇｕｎ）２２を使用し、コンベヤー（Ｃｏｎｖｅｙｅｒ）により移動するリジッドプレート２に噴射して、これをオーブン（Ｏｖｅｎ）２３を通して加硫し、最後にこれを剪断機２４により所定の大きさに剪断することにより、ガスケット６の製造工程が完了する。
前記のような工程からなる本発明は、連続工程でガスケット６を製作することができるため、従来の圧縮成形を利用した製造方法に比べ、製造時間を短縮することができ、生産性を向上することができる。 The rubber powders 3 and 4 and the liquid rubber 5 thus mixed are sprayed onto the rigid plate 2 that is moved by a conveyor using a spray gun 22 of the spray device 21, and this is sprayed into an oven ( Oven) 23 is vulcanized and finally sheared to a predetermined size by a shearing machine 24, whereby the manufacturing process of the gasket 6 is completed.
Since the gasket 6 can be manufactured in a continuous process, the present invention consisting of the processes as described above can shorten the manufacturing time and improve the productivity as compared with the conventional manufacturing method using compression molding. be able to.

一方、スプレー装置２１のスプレーガン２２は、その内径が０．４〜０．５ｍｍのガンが使用された。
また、前記のような生産工程の速度は、８〜１５ｍ／分が好ましく、オーブン２３としては、ＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）類型の加硫ゾーンを適用して、加硫の速度を生産工程の速度に合わせて調節できるようにした。
この際、ＵＨＦ加硫ゾーンの寸法は、Ｌ＝３〜５ｍ、Ｈ＝３０〜６０ｃｍ、Ｗ＝２０〜５０ｃｍが好ましい。 On the other hand, as the spray gun 22 of the spray device 21, a gun having an inner diameter of 0.4 to 0.5 mm was used.
Further, the speed of the production process as described above is preferably 8 to 15 m / min. As the oven 23, a vulcanization zone of UHF (Ultra High Frequency) type is applied, and the vulcanization speed is set to the speed of the production process. It was made possible to adjust according to.
At this time, the dimensions of the UHF vulcanization zone are preferably L = 3 to 5 m, H = 30 to 60 cm, and W = 20 to 50 cm.

以下、本発明を実験例により詳細に説明するが、本発明がこのような実験例に限定されるものではない。

Figure 2005011796
実験例に示すように、本発明による燃料電池用ガスケットは、従来の圧縮成形を利用した製造方法によるガスケットに比べ、生産性、耐久性及び作業性が向上していることが分かる。
特に、セル間隙の偏差を著しく減らすことができて、これにより、各セル毎に信頼性のある性能を確保することができる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by experimental examples, but the present invention is not limited to such experimental examples.
Figure 2005011796
 As shown in the experimental examples, it can be seen that the fuel cell gasket according to the present invention has improved productivity, durability, and workability compared to a gasket produced by a conventional manufacturing method using compression molding.
In particular, the cell gap deviation can be significantly reduced, thereby ensuring reliable performance for each cell.

本発明による燃料電池用ガスケットの構造を示した図である。It is the figure which showed the structure of the gasket for fuel cells by this invention. 本発明による燃料電池用ガスケットの製造方法を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the manufacturing method of the gasket for fuel cells by this invention. 本発明による燃料電池用ガスケットの製造工程を示した工程図である。It is process drawing which showed the manufacturing process of the gasket for fuel cells by this invention. 従来の燃料電池の構造を示した図である。It is the figure which showed the structure of the conventional fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

２ リジッドプレート
３ 第１のゴム粉末
４ 第２のゴム粉末
５ 液状ゴム
６ ガスケット
７ 分離板
２０ 混合器
２１ スプレー装置
２２ スプレーガン
２３ オーブン
２４ 製断機 2 Rigid plate 3 1st rubber powder 4 2nd rubber powder 5 Liquid rubber 6 Gasket 7 Separating plate 20 Mixer 21 Spray device 22 Spray gun 23 Oven 24 Cutting machine

Claims (8)

各々異なる硬度を有する二種のゴムを一定の大きさの第１、第２のゴム粉末に粉砕する段階；
前記粉砕したゴム粉末を液状ゴムと共に混合する段階；
コンテナを通じて移動されるリジッドプレートの表面に一定の厚さで前記ゴム粉末をスプレー方式により噴射する段階；
ゴム粉末がコーティング処理されたリジッドプレートを加硫する段階；及び
ゴム粉末の加硫されたリジッドプレートを剪断する段階からなることを特徴とする燃料電池用ガスケットの製造方法。 Crushing two kinds of rubbers, each having different hardness, into first and second rubber powders of a certain size;
Mixing the crushed rubber powder with liquid rubber;
Spraying the rubber powder with a constant thickness onto a surface of a rigid plate moved through a container;
A method of manufacturing a gasket for a fuel cell, comprising: vulcanizing a rigid plate coated with rubber powder; and shearing the rigid plate vulcanized with rubber powder. 前記第１のゴム粉末は、ショア硬度Ａ ２５〜５０の材質で０．１５〜０．３ｍｍの直径を有し、第２のゴム粉末は、ショア硬度Ａ ６０〜８０の材質で０．１〜０．１５ｍｍの直径を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用ガスケットの製造方法。   The first rubber powder is a material having a Shore hardness A of 25 to 50 and a diameter of 0.15 to 0.3 mm, and the second rubber powder is a material having a Shore hardness A of 60 to 80 and a diameter of 0.1 to 0.3 mm. 2. The method for manufacturing a gasket for a fuel cell according to claim 1, wherein the gasket has a diameter of 0.15 mm. 前記リジッドプレートは、ガラス転移温度Ｔｇが１２０〜１５０℃であり、溶融温度Ｔｍが２００〜２５０℃である繊維からなるファブリック系統またはプラスチックフィルムまたはメタルプレートが０．２〜０．３ｍｍの厚さで適用されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用ガスケットの製造方法。   The rigid plate has a glass transition temperature Tg of 120 to 150 ° C. and a fabric system or plastic film or metal plate made of fibers having a melting temperature Tm of 200 to 250 ° C. with a thickness of 0.2 to 0.3 mm. The method for manufacturing a gasket for a fuel cell according to claim 1, which is applied. 前記第１のゴム粉末と第２のゴム粉末とは、６〜７：４〜３の嵩比で混合されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池用ガスケットの製造方法。   3. The method of manufacturing a gasket for a fuel cell according to claim 1, wherein the first rubber powder and the second rubber powder are mixed at a bulk ratio of 6 to 7: 4 to 3. 3. 前記液状ゴムは、粘度１，０００，０００〜３，０００，０００ｃｐの材質であって、前記リジッドプレートに０．０５〜０．１ｍｍの厚さで塗布されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用ガスケットの製造方法。   The liquid rubber is made of a material having a viscosity of 1,000,000 to 3,000,000 cp, and is applied to the rigid plate with a thickness of 0.05 to 0.1 mm. The manufacturing method of the gasket for fuel cells of description. 前記第２のゴム粉末は、ショア硬度Ｄ ３０〜６０ＨＳの材質を有するプラスチック粉末であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池用ガスケットの製造方法。   The method for producing a gasket for a fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the second rubber powder is a plastic powder having a Shore hardness D of 30 to 60 HS. 燃料電池用ガスケットにおいて、
リジッドプレート表面に、各々異なる硬度と直径を有する第１のゴム粉末及び第２のゴム粉末と液状ゴムの混合物とがコーティング処理及び加硫処理されている構造からなることを特徴とする燃料電池用ガスケット。 In fuel cell gaskets,
For a fuel cell, characterized in that a rigid rubber plate has a structure in which a first rubber powder and a mixture of a second rubber powder and a liquid rubber having different hardnesses and diameters are coated and vulcanized. gasket. 前記第１のゴム粉末は、ショア硬度Ａ ２５〜５０ＨＳの材質で０．１５〜０．３ｍｍの直径を有し、第２のゴム粉末は、ショア硬度Ａ ６０〜８０ＨＳの材質で０．１〜０．１５ｍｍの直径を有することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池用ガスケット。   The first rubber powder is a material having a Shore hardness A of 25 to 50 HS and a diameter of 0.15 to 0.3 mm, and the second rubber powder is a material having a Shore hardness A of 60 to 80 HS and a thickness of 0.1 to 0.3 mm. 8. The fuel cell gasket according to claim 7, wherein the gasket has a diameter of 0.15 mm.
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